Розрахунковий аналіз статичної стійкості ущільнення з плаваючим кільцем, що деформується

Abstract

Об’єкт дослідження – гідродинамічні процеси та деформації кільця, що виникають у шпаринному ущільненні. Мета роботи – підвищення точності розрахунків статичних характеристик шпаринного ущільнення. Методи досліджень – чисельний розрахунок методом скінчених елементів задачі гідропружності; порівняння з експериментальними методами для перевірки якості розрахунку. Експериментальні дослідження довели, що шпаринні ущільнення позитивно впливають на ротор. Але це досягається у випадку створення конфузорного зазору у напрямку течії рідини. Оптимальним варіантом конструкції є шпаринне ущільнення, яке деформується або конструкція ущільнення з плаваючим кільцем, яке деформується. Під час роботи агрегату, кільце, яке деформується утворює конфузорний зазор. Це сприяє зменшенню витоків та рівня вібрації ротора. Також можливість радіального переміщення плаваючого кільця надає можливість виконувати конструкцію ущільнення з меншими радіальними зазорами, що, у свою чергу, позитивно впливає на термін експлуатації та характеристики насоса або компресора. Основною задачею роботи є розв’язання задачі гідропружності за допомогою методів обчислювальної механіки для конструкції ущільнення з плаваючим кільцем, яке деформується, отримання величин радіальної сили в зазорі в залежності від конусності зазору та аналіз його статичної стійкості. Перевірка обчислювальної моделі шляхом порівняння результатів розрахунку базової конструкції ущільнення з результатами експерименту відомими з літератури.

Объект исследования – гидродинамические процессы и деформации кольца, возникающие в щелевом уплотнении. Цель работы – повышение точности расчетов статических характеристик щелевого уплотнения. Методы исследований – численный расчет методом оконченных элементов задачи гидроупругости; сравнение с экспериментальными методами для проверки качества расчета. Экспериментальные исследования доказали, что щелевые уплотнения положительно влияют на ротор. Но это достигается при создании конфузорного зазора в направлении течения жидкости. Оптимальным вариантом конструкции является скважное деформируемое уплотнение или конструкция уплотнения с плавающим кольцом, которое деформируется. Во время работы агрегата деформируемое кольцо образует конфузорный зазор. Это способствует уменьшению утечек и уровня вибрации ротора. Также возможность радиального перемещения плавающего кольца предоставляет возможность выполнять уплотнительную конструкцию с меньшими радиальными зазорами, что, в свою очередь, положительно влияет на срок эксплуатации и характеристики насоса или компрессора. Основной задачей работы является решение задачи гидроупругости с помощью методов вычислительной механики для конструкции уплотнения с деформируемым плавающим кольцом, получения величин радиальной силы в зазоре в зависимости от конусности зазора и анализ его статической устойчивости. Проверка вычислительной модели путем сравнения результатов расчета базовой конструкции уплотнения с результатами эксперимента, известными из литературы.

The research object is hydrodynamic processes and deformations of the ring that occur in a gap seal. The work aims to increase the accuracy of calculations of the static characteristics of gap sealing. Research methods – numerical calculation using the method of finite elements of the problem of hydroelectricity; comparison with experimental approaches to check the quality of the analysis. Experimental studies have proven that gap seals positively affect the rotor. But this is achieved by creating a confusing gap in the direction of the liquid flow. The optimal design option is a gap seal that deforms or a seal design with a floating ring that deforms. During the operation of the unit, the ring, which deforms, forms a confusing gap. This helps reduce leakage and the level of rotor vibration. Also, the possibility of radial movement of the floating ring makes it possible to design a seal with smaller radial clearances, which, in turn, has a positive effect on the service life and characteristics of the pump or compressor. The main task of the work is to solve the problem of hydroelectricity using methods of computational mechanics for the design of a seal with a floating ring that deforms, to obtain values ​​of the radial force in the gap depending on the conicity of the hole, and to analyze its static stability. Verify the computational model by comparing the results of the calculation of the basic design of the seal with the experimental results known from the literature.